(57)【要約】【課題】アクチュエータの駆動軸が損傷することを防止でき、且つ被駆動部材を高精度で移動させることのできるレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置１０は、ズームレンズ（群）１４とレンズ枠１８とを含む被駆動部材と、その被駆動部材を光軸Ｐ方向にガイドするガイド軸２２、２４と、被駆動部材が摩擦係合された駆動軸４４と、駆動軸４４が固着された圧電素子４２と、を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、該光学系を保持したレンズ枠とを含む被駆動部材と、
該被駆動部材を光軸方向にガイドする複数のガイドと、
前記被駆動部材が摩擦係合された駆動摩擦部材と、
該駆動摩擦部材が接続された電気機械変換素子と、
を備えたことを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記被駆動部材は、前記駆動摩擦部材に摩擦係合される連結部材を有し、該連結部材は弾性体を介して前記レンズ枠に連結されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
【請求項３】
前記被駆動部材が複数設けられ、該複数の被駆動部材が共通のガイドでガイドされることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズ装置に係り、特にデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に搭載されるレンズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等のレンズ部の駆動装置として圧電素子を用いたアクチュエータがある。例えば特許文献１の駆動装置は、圧電素子の一方側に駆動軸が固着され、圧電素子の他方側が装置本体に固定される。駆動軸には鏡筒がスライド自在に支持されており、鏡筒は板ばねの付勢力を利用して駆動軸に摩擦係合される。圧電素子には、略鋸歯状の波形をした駆動パルスが印加され、圧電素子は伸び方向と縮み方向で異なる速度で変形する。例えば圧電素子が緩やかに変形すると、駆動軸とともに鏡筒が移動する。逆に、圧電素子が速く変形すると、鏡筒がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、圧電素子に略鋸歯状の波形をした駆動パルスを繰り返し印加することによって、鏡筒を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。
【０００３】
特許文献１の駆動装置は、鏡胴に駆動軸が直接嵌合しており、全体を分解しなければ部品の交換ができない。そこで、特許文献２のアクチュエータは、駆動軸にスライダーを摩擦係合させ、このスライダーに鏡胴を固定している。したがって、鏡胴とアクチュエータを分離させることができ、部品の交換を容易に行うことができる。
【特許文献１】特許第２６３３０６６号
【特許文献２】特許第３１７０９９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１、２の駆動装置は、鏡胴の全負荷がアクチュエータの駆動軸にかかる構造になっている。たとえば、特許文献２の駆動装置は、鏡胴の荷重を駆動軸のみで支えている。また、特許文献１の駆動装置は、鏡胴をガイドバーに係合させて回り止めを行っているが、鏡胴の負荷は駆動軸で受けている。したがって、特許文献１、２の駆動装置は、落下等による衝撃を受けた際に、駆動軸に大きな負荷がかかり、駆動軸が破損や変形するおそれがおそれがあった。この問題を解消するためには、駆動軸を太くして剛性を高める必要があるが、駆動軸を太くすると、圧電素子による反応が鈍くなり、鏡胴を高精度で移動させることができなくなるとともに装置のサイズが大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、アクチュエータの駆動軸が損傷することを防止でき、且つ被駆動部材を高精度で移動させることのできるレンズ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、光学系と、該光学系を保持したレンズ枠とを含む被駆動部材と、該被駆動部材を光軸方向にガイドする複数のガイドと、前記被駆動部材が摩擦係合された駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材が接続された電気機械変換素子（圧電素子）と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、駆動摩擦部材とは異なる複数のガイドを設けて被駆動部材を光軸方向にガイドするようにしたので、被駆動部材の全荷重が駆動摩擦部材にかかることがない。したがって、落下等による衝撃をうけた際に駆動摩擦部材に大きな負荷がかかって損傷することを防止できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は請求項１に記載の発明において、前記被駆動部材は、前記駆動摩擦部材に摩擦係合される連結部材を有し、該連結部材は弾性体を介して前記レンズ枠に連結されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、駆動摩擦部材に摩擦係合される連結部材がレンズ枠と別体で構成され、さらに連結部材とレンズ枠とが弾性体の付勢力によって連結しているので、落下等の衝撃を受けた際、弾性体によってその衝撃を吸収することができる。よって、レンズ枠の荷重が駆動摩擦部材にかかることを防止でき、駆動摩擦部材が損傷することを防止することができるとともに、姿勢差による位置ずれと傾きを防止することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は請求項１又は２に記載の発明において、前記被駆動部材が複数設けられ、該複数の被駆動部材が共通のガイドでガイドされることを特徴とする。したがって、請求項３に記載の発明によれば、レンズ装置を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のガイドを設けて被駆動部材を光軸方向にガイドするようにしたので、被駆動部材の荷重が駆動摩擦部材にかかることを防止することができ、落下等による衝撃を受けた際に駆動摩擦部材が損傷することを防止できる。また、姿勢差による位置ずれと傾きを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下添付図面に従って本発明に係るレンズ装置の好ましい実施の形態について詳述する。
【００１３】
図１は本発明に係るレンズ装置１０を示す斜視図であり、図２、図３はその内部構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示すようにレンズ装置１０は、略矩形状に形成された本体１２を有し、この本体１２の内部に、図２、図３に示すズームレンズ（群）１４、１６を備える。ズームレンズ（群）１４、１６は一方が変倍レンズになっており、もう一方が補正レンズになっている。なお、ズームレンズ１４、１６の一方をフォーカスレンズとしてもよい。
【００１５】
ズームレンズ（群）１４、１６はそれぞれ保持枠１８、２０に保持されており、この保持枠１８、２０は、二本のガイド軸２２、２４によって光軸Ｐ方向にスライド自在に支持されている。二本のガイド軸２２、２４は、本体１２内の対角位置に、且つ、光軸Ｐと平行に配置されており、本体１２に固定されている。
【００１６】
保持枠１８は、ガイド軸２２が挿通される挿通孔２６Ａを有するガイド部２６と、ガイド軸２４が係合されるＵ状の溝２８Ａを有する係合部２８とを備える。したがって、保持枠１８は、ガイド軸２２をメインのガイド手段として光軸Ｐ方向にガイドされ、ガイド軸２４をサブのガイド手段として光軸Ｐに対する回転止めが行われる。これにより、保持枠１８が二本のガイド軸２２、２４にガイドされ、ズームレンズ（群）１４が光軸Ｐ方向に移動自在に支持される。
【００１７】
同様に、ズームレンズ１６の保持枠２０は、ガイド軸２４が挿通される挿通孔（不図示）を有するガイド部３０と、ガイド軸２２が係合されるＵ状の溝３２Ａを有する係合部３２とを備える。したがって、保持枠２０は、ガイド軸２４をメインのガイド手段として光軸Ｐ方向にガイドされ、ガイド軸２２をサブのガイド手段として光軸Ｐに対する回転止めがなされる。これにより、保持枠２０が二本のガイド軸２２、２４にガイドされ、ズームレンズ（群）１６が光軸Ｐ方向に移動自在に支持される。
【００１８】
ズームレンズ（群）１４、１６はそれぞれ、アクチュエータ３４、３６によって光軸Ｐ方向に駆動される。アクチュエータ３４とアクチュエータ３６は、本体１２の反対側の面に配置される。具体的には、図１の本体１２の上面にズームレンズ（群）１４用のアクチュエータ３４が配置され、本体１２の下面にズームレンズ（群）１６用のアクチュエータ３６が配置される。
【００１９】
なお、図１〜３の符号７２、７４は、保持枠１８や保持枠２０の位置を検出する位置検出装置である。位置検出装置７２は、反射型のフォトリフレクタであり、保持枠１８（或いは保持枠２０）に一体形成された板状の反射部７８に対向して配置され、本体１２（図１参照）の開口部１２Ａに嵌め込まれて固定される。反射部７８には、複数の反射体（不図示）が駆動方向に一定間隔で配置されている。したがって、位置検出装置７２から反射部７８に投光し、その反射光を受光し、光量の変化を検出することによって、反射部７８（すなわち保持枠１８、２０）の移動量を検出することができる。一方、位置検出装置７４は、投光部７４Ａと受光部７４Ｂとを有し、この投光部７４Ａと受光部７４Ｂとの間に、保持枠１８（或いは保持枠２０）に一体形成された板状の遮光部７６が挿抜される。したがって、遮光部７６が発光部７４Ａと受光部７４Ｂとの間に挿入されて受光部７４Ｂでの光量が変化することによって、遮光部７６（すなわち保持枠１８、２０）が所定の位置に移動したことを検知することができる。このように、位置検出装置７４で保持枠１８、２０の基準位置を検知し、位置検出装置７２で保持枠１８、２０の移動量を検出することによって、保持枠１８、２０の位置を正確に求めることができる。アクチュエータ３４、３６は、位置検出装置７２、７４の測定値に基づいて駆動制御される。
【００２０】
次にアクチュエータ３４の構成について説明する。なお、アクチュエータ３６はアクチュエータ３４と同様に構成されており、その説明を省略する。
【００２１】
図４は、アクチュエータ３４の構成を示す斜視図である。図４に示すように、アクチュエータ３４は主として、固定枠４０、圧電素子（電気機械変換素子に相当）４２、駆動軸４４によって構成されており、固定枠４０は、図１のレンズ装置１０の本体１２に固定される。
【００２２】
圧電素子４２は、レンズ装置１０の光軸Ｐ方向（以下、駆動方向という）に積層されて構成されており、電圧を印加することによって駆動方向に変形（伸縮）するように構成される。したがって、圧電素子４２は、電圧を印加することによって、長手方向の端面４２Ａ、４２Ｂが駆動方向に変位する。
【００２３】
圧電素子４２の端面４２Ａ、４２Ｂのうち、一方側の端面４２Ｂには、軟性材料から成る錘部材５８が接着されて固定される。錘部材５８は、端面４２Ｂに負荷を与えることによって、端面４２Ｂが端面４２Ａよりも大きく変位することを防止する。したがって、錘部材５８としては、駆動軸４４よりも重量が大きいものが好ましい。また、錘部材５８は圧電素子４２及び駆動軸４４よりもヤング率の小さい軟性材料が用いられ、例えば３００ＭＰａ以下の材質によって構成される。例えば、錘部材５８はウレタンゴムやウレタン樹脂等から成り、このゴムや樹脂に、比重を高くするためのタングステン等の金属粉末を混合して製造される。錘部材５８の比重は、小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えば８〜１２程度に設定される。
【００２４】
錘部材５８は、圧電素子４２の反対側が、取付金具４８に接着されている。取付金具４８は、薄い金属板を屈曲させることによってコ状に形成されており、その両端の屈曲部分には開口部４８Ｂが形成される。取付金具４８は、この開口部４８Ｂを、固定枠４０の突起部４０Ｂに嵌合させることによって、固定枠４０に取り付けられる。これにより、圧電素子４２が錘部材５８、取付金具４８を介して固定枠４０に支持される。
【００２５】
一方、圧電素子４２の端面４２Ａには駆動軸４４の基端が固着される。駆動軸４４は円柱状に形成されており、その中心軸が駆動方向になるように配置される。また、駆動軸４４は、固定枠４０に形成された二つの孔４０Ａ、４０Ａに挿通されてガイドされ、中心軸方向にスライド自在に支持される。駆動軸４４の材質は、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。
【００２６】
駆動軸４４には連結駒（連結部材に相当）４６が係合されている。連結駒４６は、後述するように保持枠１８に係合されており、この連結駒４６、保持枠１８、及びズームレンズ（群）１４によって被駆動部材が構成される。
【００２７】
連結駒４６は略直方体状に形成されており、その四つの各コーナー部には上方に突出した突出部４６Ａ、４６Ａ…が設けられる。駆動軸４４は、突出部４６Ａ、４６Ａ…の間を通過するようにして配置され、連結駒４６に係合される。
【００２８】
図５は連結駒４６と駆動軸４４との係合部分の断面図である。同図に示すように、連結駒４６と駆動軸４４との係合部分には、第１摺動部材５２と第２摺動部材５４が設けられている。第１摺動部材５２は、駆動軸４４の上側に配置され、第２摺動部材５４は駆動軸４４の下側に配置される。この第１摺動部材５２及び第２摺動部材５４は、連結駒４６と駆動軸４４との摩擦力を安定して得るために設けられる部材であり、例えばステンレスによって構成される。
【００２９】
第２摺動部材５４はＶ状に形成されており、連結駒４６に固定される。一方、第１摺動部材５２は、逆Ｖ状に形成され、連結駒４６の四つの突出部４６Ａ、４６Ａ…に囲まれた領域内に配置される。第１摺動部材５２は、連結駒４６の突出部４６Ａ、４６Ａ…に合わせて各コーナー部が切り欠かれる。これにより、第１摺動部材５２を突出部４６Ａ、４６Ａ…で囲まれた領域内に配置した際に、第１摺動部材５２が連結駒４６から脱落することが防止される。
【００３０】
連結駒４６には押えばね５６が取り付けられる。押えばね５６は、金属板を屈曲させることによって構成されており、爪５６Ａを連結駒４６の下部に引っかけることによって連結駒４６に取りつけられる。また、押えばね５６は、第１摺動部材５２の上側に配置された押圧部５６Ｂを有し、その押圧部５６Ｂで第１摺動部材５２を下方に付勢するように構成される。これにより、駆動軸４４は、第１摺動部材５２と第２摺動部材５４で挟圧された状態になり、連結駒４６が第１摺動部材５２及び第２摺動部材５４を介して駆動軸４４に摩擦係合される。なお、連結駒４６と駆動軸４４との摩擦力は、圧電素子４２に緩やかな電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が大きくなるように、且つ、圧電素子４２に急激な電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が小さくなるように設定される。その際、摩擦力（摺動抵抗）は１０ｇｆ以上３０ｇｆ以下が好ましく、１５ｇｆ以上２５ｇｆ以下がより好ましい。
【００３１】
連結駒４６は前述した保持枠１８に係合されている。すなわち、図６及び図７に示すように、連結駒４６の下面には、ガイド部８０が下方に突出して形成されており、このガイド部８０の側面に基準面８０Ａが形成され、さらに基準面８０Ａの反対側の側面に円柱状のスプリング保持部８２が突出して形成されている。スプリング保持部８２の外側には、螺旋状のスプリング８４が嵌め込まれて保持される。
【００３２】
一方、保持枠１８には、上下方向（すなわち光軸Ｐに直交する方向）に開口した中空部８６が形成されており、この中空部８６の端部に基準面８６Ａが形成されている。連結駒４６は、スプリング保持部８２にスプリング８４を保持させた状態で、保持枠１８の中空部８６に差し込まれる。これにより、ガイド部８０は、スプリング８４によって付勢され、ガイド部８０の基準面８０Ａが保持枠１８の基準面８６Ａに当接された状態に維持される。よって、連結駒４６が保持枠１８に位置決めされた状態で係合されるので、連結駒４６、保持枠１８、ズームレンズ（群）１４から成る被駆動部材を一体的に移動させることができる。
【００３３】
上述した圧電素子４２には、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示す駆動パルスの電圧が印加される。図８（Ａ）は、図４の連結駒４６を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図８（Ｂ）は、図４の連結駒４６を右方向に移動させる際の駆動パルスである。
【００３４】
図８（Ａ）の場合、圧電素子４２には、時刻α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α３で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻α１から時刻α２では、圧電素子４２が緩やかに伸長する。その際、駆動軸４４が緩やかな速度で移動するので、連結駒４６は駆動軸４４とともに移動する。これにより、図４の連結駒４６を、左方向に移動させることができる。時刻α３では、圧電素子４２が急激に縮まるので、駆動軸４４は右方向に移動する。その際、駆動軸４４が急激に移動するので、連結駒４６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸４４だけが移動する。したがって、図８（Ａ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図４の連結駒４６は、左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向に移動させることができる。
【００３５】
図８（Ｂ）の場合、圧電素子４２には、時刻β１から時刻β２にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β３で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻β１から時刻β２では、圧電素子４２が緩やかに縮まる。その際、駆動軸４４が緩やかに変位するので、連結駒４６は駆動軸４４とともに移動する。これにより、図４の連結駒４６を、右方向に移動させることができる。時刻β３では、圧電素子４２が急激に伸長し、駆動軸４４は、左方向に移動する。その際、駆動軸４４が急激に移動するので、連結駒４６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸４４だけが移動する。したがって、図８（Ｂ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図４の連結駒４６は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向に移動させることができる。
【００３６】
次に上記の如く構成されたレンズ装置１０の作用について説明する。上述したように、ズームレンズ（群）１４の保持枠１８は、二本のガイド軸２２、２４によって光軸Ｐ方向にスライド自在に支持されている。すなわち、保持枠１８は、メインのガイド手段であるガイド軸２２によってスライド自在に支持されるとともに、サブのガイド手段であるガイド軸２４によって回り止めが成されている。同様に、ズームレンズ（群）１６の保持枠２０は、メインのガイド手段であるガイド軸２４によってスライド自在に支持されるとともに、サブのガイド手段であるガイド軸２２によって回り止めが成されている。
【００３７】
このように保持枠１８、２０は、二本のガイド軸２２、２４によってスライド自在に支持されている。したがって、アクチュエータ３４、３６のガイド軸４４、４４で保持枠１８、２０の荷重を支える必要がなく、ガイド軸４４にかかる負荷が小さくなる。よって、レンズ装置１０を落下して衝撃を受けた際に、ガイド軸４４を損傷するおそれがなく、アクチュエータ３４、３６の作動不良の発生を防止することができる。
【００３８】
特に、本実施の形態によれば、被駆動部材が保持枠１８と連結駒４６とに分割され、この保持枠１８と連結駒４６とがスプリング８４の付勢力によって係合されている。したがって、落下等の衝撃を受けた際には、保持枠１８と連結駒４６との係合が、付勢力に抗して解除されるので、受けた衝撃がそのまま駆動軸４４に伝達されるおそれがなく、駆動軸４４の損傷をより効果的に防止することができる。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、被駆動部材がガイド軸２２、２４によって支持されており、駆動軸４４は被駆動部材の荷重を支える必要がないので、駆動軸４４を細径化して軽量化することができる。よって、圧電素子４２に電圧を印加した際の駆動軸４４の応答性がよくなり、被駆動部材を高精度で移動させることができる。
【００４０】
さらに、本実施の形態は、保持枠１８がガイド軸２２をメインのガイドとして支持されるとともにガイド軸２４をサブのガイドとして係合されており、保持枠２０がガイド軸２４をメインのガイドとして支持されるとともにガイド軸２２をサブのガイドとして係合されている。したがって、本実施の形態では、二本のガイド軸２２、２４を利用して保持枠１８、２０が均等に支持されており、レンズ装置１０を小型化することができる。
【００４１】
なお、本発明に係るアクチュエータの用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話機は、三Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、本発明のアクチュエータを用いることによって、４０〜７０ｋＨｚ程度の高周波で駆動することができ、保持枠２０を２ｍｍ／ｓ以上の高速度で移動させることができる。よって、１０ｍｍ程度の移動が必要となるズームレンズであっても、迅速に移動させることができる。また、本発明に係るアクチュエータの用途としてはフォーカスレンズやズームレンズ等の移動レンズを移動する用途に限定されず、ＣＣＤを移動する用途等に用いても良い。
【００４２】
なお、本発明において錘部材５８の材質は、上述した軟性材料に限定されるものではなく、硬性材料のものを用いてもよいが、軟性材料のものを用いることが下記の点で好ましい。すなわち、軟性材料から成る錘部材５８を用いると、圧電素子４２、駆動摩擦部材４４、及び、錘部材５８から成る系の共振周波数が低くなる。共振周波数が低くなることで、圧電素子４２、駆動軸４４、及び、錘部材５８の構成のバラツキによる影響が少なくなり、安定した駆動力を得ることができる。また、共振周波数ｆ0 が低くなることで、駆動周波数ｆは、ｆ≧２1/2 ・ｆ0 、となる防振領域に設定しやすくなり、共振の影響が少なくなって安定した駆動力を得ることができる。これにより、圧電素子４２の伸縮による駆動力が、被駆動部材に確実に伝達されるので、被駆動部材を圧電素子４２の伸縮方向に正確に移動させることができる。さらに、共振周波数ｆ0 が小さくなって共振による影響が少なくなるので、アクチュエータの支持位置や支持方法を任意に選択することができ、例えば圧電素子４２の端面４２Ａや側面、駆動軸４４の側面や端面でアクチュエータを支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置を示す斜視図
【図２】図１のレンズ装置の内部構成を示す斜視図
【図３】図２と異なる方向からのレンズ装置の斜視図
【図４】第１の実施形態のアクチュエータの構成を模式的に示す図
【図５】駆動軸と連結駒の連結部分を示す断面図
【図６】連結駒とレンズ枠との係合部分を示す斜視図
【図７】連結駒とレンズ枠との係合部分を示す断面図
【図８】圧電素子に印加される電圧の駆動パルスの例を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１０…レンズ装置、１２…本体、１４、１６…ズームレンズ（群）、２０…保持枠、３４、３６…アクチュエータ、４０…固定枠、４２…圧電素子、４４…駆動軸、４６…連結駒、４８…取付金具、５２…第１摺動部材、５４…第２摺動部材、５８…錘部材、８４…スプリング
【図１】
2007114707.tif 000003
【図２】
2007114707.tif 000004
【図３】
2007114707.tif 000005
【図４】
2007114707.tif 000006
【図５】
2007114707.tif 000007
【図６】
2007114707.tif 000008
【図７】
2007114707.tif 000009
【図８】
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